Способ получения сверхтвердого компактного материала

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО КОМПАКТНОГО МАТЕРИАЛА, включающий воздействие на порошок алмаза или кубического нитрида бора и металлическое связующее давления 10 - 50 кбар и последующий нагрев до температуры плавления связующего с изотермической выдержкой, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности материала, изотермическую выдержку проводят при снижении давления со скоростью 1 - 20 кбар/мин.

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры и может найти применение в машиностроении в качестве конструкционного материала и абразивно-режущего инструмента.
Известен способ получения алмазных компактов при высоких давлениях и температурах. Порошкообразная смесь, состоящая из мелкозернистого алмазного порошка и металла или сплава, спекается при 1100-1400^оС и давлении 40-55 кбар.
Однако значительные внутренние напряжения приводят к образованию микроскопических поверхностях или внутренних трещин, что снижает прочность получаемых компактов.
Наиболее близким является способ получения сверхтвердого компактного материала, включающий воздействие на порошок алмаза или кубического нитрида бора и металлическое связующее давления 10-50 кбар и последующий нагрев до температуры плавления связующего с изотермической выдержкой.
Недостатком этого способа является низкая прочность материала из-за высокого уровня внутренних напряжений, довольно часто приводящих к образованию сетки трещин и микротрещин.
Цель изобретения - повышение прочности материала.
Цель достигается тем, что в способе получения сверхтвердого компактного материала, включающем воздействие на порошок алмаза или кубического алмаза или кубического нитрида бора и металлическое связующее давления 10-50 кбар и последующий нагрев до температуры плавления связующего с изотермической выдержкой, изотермическую выдержку приводят при снижении давления со скоростью 1-20 кбар/мин.
Понижение давления в процессе получения компактов во время изотермической выдержки снижает внутренние напряжения в материале компакта, что обеспечивает получение компактов без микротрещин, т.е. повышает прочность компактов. Увеличение скорости снижения давления выше 20 кбар/мин ухудшает прочностные свойства компактов, по-видимому, вследствие динамического расширения материала компакта. Применение скоростей снижения давления менее 1 кбар/мин не улучшает прочностные свойства компактов и снижает производительность процесса.
При снижении давления от 38 3 кбар до 25 3 кбар со скоростью 5-10 кбар/мин получается компактный материал, имеющий наиболее высокую прочность.
П р и м е р 1. Алмазный порошок и металлическое связующее (24,5 мас.% Ni и 75,5 мас.% Ti) помещают в реакционную ячейку камеры высокого давления и подвергают воздействию давления 38 кбар. При достижении давления 38 кбар вводят нагрев до 1000^оС и далее понижают давление со скоростью 5 кбар/мин. Время выдержки при 1000^оС составляет 2 мин. Затем снимают давление, материал охлаждают и извлекают из камеры высокого давления. Полученные компакты имеют _сж = 560 кг/мм² и не имеют сетки микротрещин.
П р и м е р 2. Порошок кубического нитрида бора и связующего Ni и Ti в соотношении, как в примере 1, помещают в камеру высокого давления и температуры и подвергают действию давления 50 кбар. Затем вводят нагрев до температуры плавления связующего, при достижении которой понижают давление со скоростью 1 кбар/мин. Время изотермической выдержки 5 мин. Затем снимают давление, материал охлаждают и извлекают из камеры. Полученные компакты имеют _сж = 540 кг/мм².
П р и м е р 3. В аппарат высокого давления и температуры помещают графитовый нагреватель. Дно и стенки нагревателя изолированы от содержимого слюдой. На дно нагревателя помещают металлическое связующее из Cu-Ti сплава. Сверху на металлическое связующее насыпается алмазный порошок АСМ 5/3. При давлении 10 кбар и 950^оС происходит плавление связующего и пропитка им алмазного порошка. Время изотермической выдержки 1 мин. Давление понижают со скоростью 5 кбар/мин. Затем снимают давление, отключают нагрев, после охлаждения материал извлекают из камеры, _сж полученных образцов - 540 кс/мм².
П р и м е р 4. Загрузка графитового нагревателя, как в примере 3. При достижении давления 50 кбар вводят нагрев до 950^оС. Время выдержки при 950^оС - 1 мин. Во время выдержки понижают давление со скоростью 20 кбар/мин. Затем снимают нагрев и понижают давление до атмосферного. Полученные компакты имеют _сж = 540 кг/мм².
Компакты, полученные данным способом, имеют _сж = 540-560 кг/мм², не имеют сетки микротрещин, тем самым увеличен выход качественных компактов, что позволяет экономить дорогостоящий сверхтвердый порошок.